Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu xác định chế độ công nghệ hợp lý khi phay các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Lê Mạnh Đức
• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Vị
• Trường học: Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Định Chế Độ Công Nghệ Hợp Lý Khi Phay Các Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG
• 1.1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết dạng thành mỏng
• 1.1.1. Giới thiệu về hợp kim nhôm
• 1.1.2. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng
• 1.2. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi
• 1.2.1. Giới thiệu về quá trình phay
• 1.2.2. Quá trình cắt khi phay
• 1.2.3. Các chuyển động cơ bản khi phay
• 1.2.4. Các thành phần của lớp bề mặt bị cắt khi phay
• 1.2.5. Các chỉ tiêu đánh giá tính gia công của vật liệu
• 1.2.6. Tính chất cơ học của vật liệu
• 1.2.7. Quá trình biến dạng và hình thành phoi
• 1.2.8. Mòn dụng cụ cắt
• 1.2.9. Chất lượng bề mặt gia công
• 1.2.10. Độ chính xác gia công
• 1.2.11. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế về quá trình gia công chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI BIẾN DẠNG VÀ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY CÁC CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM A6061
• 2.1. Giới thiệu về hợp kim nhôm A6061
• 2.2. Phay chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng A6061
• 2.2.1. Tính gia công của hợp kim nhôm A6061
• 2.3. Nhám bề mặt và các yếu tố ảnh hưởng tới nhám bề mặt khi phay chi tiết thành mỏng
• 2.3.1. Ảnh hưởng của chế độ cắt
• 2.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu dụng cụ cắt và vật liệu gia công
• 2.3.3. Ảnh hưởng của chiến lược chạy dao khi phay các chi tiết thành mỏng
• 2.4. Giới hạn vấn đề nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT VÀ BIẾN DẠNG CHI TIẾT KHI PHAY CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG
• 3.1. Thiết kế hệ thống thí nghiệm
• 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống thí nghiệm
• 3.1.2. Hệ thống thí nghiệm
• 3.1.3. Chế độ công nghệ
• 3.1.4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi
• 3.2. Kết quả và thảo luận
• 3.2.1. Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới biến dạng chi tiết khi phay chi tiết thành mỏng
• 3.2.2. Ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát tới độ nhám bề mặt gia công
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Phay Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng

Nghiên cứu về phay hợp kim nhôm thành mỏng là một lĩnh vực quan trọng trong ngành cơ khí hiện đại. Các chi tiết dạng thành mỏng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không và máy chính xác. Việc gia công các chi tiết này đòi hỏi độ chính xác cao, đồng thời phải kiểm soát được biến dạng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa chế độ cắt khi phay nhôm, lựa chọn dao phay nhôm phù hợp và áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến để đạt được hiệu quả cao nhất. Mục tiêu cuối cùng là nâng cao năng suất, giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng bề mặt của sản phẩm. Theo nghiên cứu, việc hiểu rõ về ứng suất dư trong gia công là rất cần thiết để tránh các biến dạng sau gia công, đảm bảo chi tiết không bị loại bỏ sau khi lắp ráp.

1.1. Ứng Dụng Của Chi Tiết Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng

Các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào ưu điểm về trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Trong ngành hàng không, chúng được dùng để chế tạo các bộ phận của máy bay, giúp giảm trọng lượng và tiết kiệm nhiên liệu. Trong ngành ô tô, các chi tiết này được sử dụng để sản xuất các bộ phận của khung xe, vỏ xe và các chi tiết nội thất. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng trong sản xuất các thiết bị điện tử, đồ gia dụng và nhiều sản phẩm công nghiệp khác. Việc ứng dụng rộng rãi này thúc đẩy các nghiên cứu về công nghệ phay nhôm để đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Chế Độ Cắt Phay Nhôm

Nghiên cứu chế độ cắt khi phay nhôm đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình gia công. Việc lựa chọn đúng các thông số như tốc độ cắt khi phay nhôm, lượng ăn dao khi phay nhôm và chiều sâu cắt khi phay nhôm ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước và tuổi thọ của dao cụ. Các nghiên cứu tập trung vào việc xác định các thông số tối ưu để giảm thiểu biến dạng khi phay nhôm, rung động khi phay nhôm và cải thiện độ nhám bề mặt khi phay nhôm. Điều này giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp.

II. Thách Thức Khi Phay Hợp Kim Nhôm Thành Mỏng Giải Pháp

Quá trình phay hợp kim nhôm thành mỏng đối mặt với nhiều thách thức do tính chất vật liệu và hình dạng của chi tiết. Hợp kim nhôm có độ cứng thấp, dễ bị biến dạng trong quá trình gia công. Các chi tiết thành mỏng có độ cứng vững kém, dễ bị rung động và biến dạng do lực cắt. Điều này đòi hỏi các kỹ thuật gia công đặc biệt và các biện pháp kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt. Các nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các phương pháp kẹp chặt phôi hiệu quả, lựa chọn dao phay nhôm phù hợp và tối ưu hóa chế độ cắt khi phay nhôm để giảm thiểu các vấn đề này. Theo Lê Mạnh Đức, việc kiểm soát biến dạng là yếu tố then chốt để đảm bảo độ chính xác gia công.

2.1. Biến Dạng Và Rung Động Trong Quá Trình Phay Nhôm

Biến dạng khi phay nhôm và rung động khi phay nhôm là hai vấn đề chính ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết. Biến dạng có thể làm sai lệch kích thước và hình dạng của sản phẩm, trong khi rung động có thể gây ra độ nhám bề mặt khi phay nhôm cao và giảm tuổi thọ của dao cụ. Các nghiên cứu tập trung vào việc phân tích nguyên nhân gây ra biến dạng và rung động, từ đó đề xuất các giải pháp để giảm thiểu chúng. Các giải pháp bao gồm việc sử dụng các phương pháp kẹp chặt phôi hiệu quả, lựa chọn dao phay nhôm có độ cứng cao và thiết kế hình học tối ưu, cũng như điều chỉnh chế độ cắt khi phay nhôm để giảm lực cắt và rung động.

2.2. Ảnh Hưởng Của Ứng Suất Dư Đến Chất Lượng Chi Tiết

Ứng suất dư khi phay nhôm có thể gây ra biến dạng sau gia công, ảnh hưởng đến độ chính xác và tuổi thọ của chi tiết. Ứng suất dư được tạo ra do quá trình cắt gọt, làm thay đổi cấu trúc vật liệu và gây ra sự mất ổn định về hình dạng. Để giảm thiểu ảnh hưởng của ứng suất dư, các nghiên cứu tập trung vào việc điều chỉnh chế độ cắt khi phay nhôm, sử dụng các phương pháp gia công nguội và áp dụng các quy trình xử lý nhiệt sau gia công. Việc kiểm soát ứng suất dư là yếu tố quan trọng để đảm bảo chi tiết đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và có độ bền cao trong quá trình sử dụng.

III. Phương Pháp Tối Ưu Chế Độ Cắt Khi Phay Hợp Kim Nhôm

Để tối ưu hóa chế độ cắt khi phay nhôm, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu và phân tích khoa học. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các phần mềm mô phỏng để dự đoán và đánh giá ảnh hưởng của các thông số cắt đến chất lượng sản phẩm, thực hiện các thí nghiệm thực tế để kiểm chứng kết quả mô phỏng và áp dụng các thuật toán tối ưu hóa để tìm ra chế độ cắt khi phay nhôm tối ưu. Các nghiên cứu cũng tập trung vào việc phát triển các mô hình toán học để mô tả mối quan hệ giữa các thông số cắt và các chỉ tiêu chất lượng như độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước và lực cắt. Việc áp dụng các phương pháp này giúp nâng cao hiệu quả của quá trình gia công và giảm thiểu chi phí sản xuất.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng Quá Trình Phay

Phần mềm mô phỏng phay là công cụ hữu ích để dự đoán và đánh giá ảnh hưởng của các thông số cắt đến chất lượng sản phẩm. Các phần mềm này cho phép mô phỏng quá trình cắt gọt, tính toán lực cắt, nhiệt độ và biến dạng, từ đó giúp người dùng lựa chọn chế độ cắt khi phay nhôm phù hợp. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm thực tế, tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu. Ngoài ra, phần mềm mô phỏng còn cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công, từ đó đề xuất các giải pháp để cải thiện chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu quả sản xuất.

3.2. Ứng Dụng Phương Pháp Taguchi Trong Tối Ưu Hóa

Phương pháp Taguchi là một công cụ mạnh mẽ để tối ưu hóa chế độ cắt khi phay nhôm bằng cách xác định các thông số cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng sản phẩm. Phương pháp này cho phép thiết kế các thí nghiệm với số lượng ít nhất, từ đó giảm thiểu thời gian và chi phí nghiên cứu. Kết quả thí nghiệm được phân tích bằng các phương pháp thống kê để xác định các thông số cắt tối ưu và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến các chỉ tiêu chất lượng như độ nhám bề mặt, độ chính xác kích thước và lực cắt. Việc áp dụng phương pháp Taguchi giúp nâng cao hiệu quả của quá trình tối ưu hóa và đảm bảo chất lượng sản phẩm.

IV. Ảnh Hưởng Của Chế Độ Cắt Đến Độ Nhám Bề Mặt Phay Nhôm

Độ nhám bề mặt khi phay nhôm là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm. Chế độ cắt khi phay nhôm có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt, do đó việc lựa chọn đúng các thông số cắt là rất quan trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tốc độ cắt khi phay nhôm, lượng ăn dao khi phay nhôm và chiều sâu cắt khi phay nhôm đều có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt. Việc tăng tốc độ cắt có thể làm giảm độ nhám bề mặt, nhưng cũng có thể làm tăng nhiệt độ và mài mòn dao cụ. Việc tăng lượng ăn dao và chiều sâu cắt có thể làm tăng năng suất, nhưng cũng có thể làm tăng lực cắt và độ nhám bề mặt. Do đó, cần phải lựa chọn các thông số cắt phù hợp để đạt được độ nhám bề mặt mong muốn.

4.1. Tốc Độ Cắt Và Ảnh Hưởng Đến Độ Nhám Bề Mặt

Tốc độ cắt khi phay nhôm là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi phay nhôm. Tốc độ cắt quá thấp có thể dẫn đến sự hình thành của các vết xước và rãnh trên bề mặt, làm tăng độ nhám. Tốc độ cắt quá cao có thể làm tăng nhiệt độ và mài mòn dao cụ, cũng như gây ra rung động và làm giảm chất lượng bề mặt. Do đó, cần phải lựa chọn tốc độ cắt phù hợp để đạt được độ nhám bề mặt mong muốn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tốc độ cắt tối ưu phụ thuộc vào loại vật liệu, loại dao cụ và các thông số cắt khác.

4.2. Lượng Ăn Dao Và Chiều Sâu Cắt Tối Ưu

Lượng ăn dao khi phay nhôm và chiều sâu cắt khi phay nhôm cũng có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt khi phay nhôm. Lượng ăn dao quá lớn có thể làm tăng lực cắt và gây ra rung động, làm tăng độ nhám bề mặt. Chiều sâu cắt quá lớn có thể làm tăng nhiệt độ và mài mòn dao cụ, cũng như gây ra biến dạng và làm giảm chất lượng bề mặt. Do đó, cần phải lựa chọn lượng ăn dao và chiều sâu cắt phù hợp để đạt được độ nhám bề mặt mong muốn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng ăn dao và chiều sâu cắt tối ưu phụ thuộc vào loại vật liệu, loại dao cụ và các thông số cắt khác.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Phay Hợp Kim Nhôm A6061 Thành Mỏng

Hợp kim nhôm A6061 là một trong những loại hợp kim nhôm được sử dụng phổ biến trong gia công cơ khí, đặc biệt là trong phay thành mỏng. Hợp kim này có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt và dễ gia công. Tuy nhiên, việc phay hợp kim nhôm A6061 thành mỏng vẫn đòi hỏi các kỹ thuật gia công đặc biệt để đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt. Các nghiên cứu đã tập trung vào việc xác định chế độ cắt khi phay nhôm tối ưu cho hợp kim A6061, lựa chọn dao phay nhôm phù hợp và áp dụng các phương pháp kẹp chặt phôi hiệu quả. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu này giúp nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất.

5.1. Đặc Tính Gia Công Của Hợp Kim Nhôm A6061

Hợp kim nhôm A6061 có đặc tính gia công tốt, dễ cắt gọt và có độ bền cao. Tuy nhiên, hợp kim này cũng có độ dẻo cao, dễ bị biến dạng trong quá trình gia công. Do đó, cần phải lựa chọn chế độ cắt khi phay nhôm phù hợp để giảm thiểu biến dạng và đảm bảo độ chính xác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng tốc độ cắt cao và lượng ăn dao nhỏ có thể giúp giảm biến dạng và cải thiện chất lượng bề mặt. Ngoài ra, việc sử dụng dung dịch trơn nguội khi phay nhôm cũng rất quan trọng để giảm nhiệt độ và mài mòn dao cụ.

5.2. Lựa Chọn Dao Phay Nhôm Phù Hợp Cho A6061

Việc lựa chọn dao phay nhôm phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình gia công. Các loại dao phay được làm từ vật liệu có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt và có hình học cắt tối ưu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng dao phay có lớp phủ bảo vệ có thể giúp giảm ma sát và nhiệt độ, kéo dài tuổi thọ của dao cụ và cải thiện chất lượng bề mặt. Ngoài ra, việc lựa chọn dao phay có số lượng me cắt phù hợp cũng rất quan trọng để đảm bảo năng suất và độ ổn định của quá trình gia công.

VI. Kết Luận Và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Phay Nhôm

Nghiên cứu về chế độ công nghệ tối ưu khi phay hợp kim nhôm thành mỏng đã đạt được nhiều tiến bộ quan trọng, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu và giải quyết để đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao. Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp gia công tiên tiến, tối ưu hóa thiết kế đồ gá phay nhôm, nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất dư khi phay nhôm và áp dụng các kỹ thuật phay 5 trục nhôm, phay 3 trục nhôm để gia công các chi tiết phức tạp. Việc tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ giúp ngành cơ khí Việt Nam nâng cao năng lực cạnh tranh và đáp ứng yêu cầu của thị trường.

6.1. Phát Triển Các Phương Pháp Gia Công Tiên Tiến

Việc phát triển các phương pháp gia công tiên tiến là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Các phương pháp này có thể bao gồm việc sử dụng các kỹ thuật phay tốc độ cao nhôm, phay tinh nhôm, phay thô nhôm, áp dụng các chiến lược chạy dao tối ưu và sử dụng các hệ thống điều khiển thông minh. Việc áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến giúp giảm thời gian gia công, giảm chi phí sản xuất và cải thiện chất lượng bề mặt.

6.2. Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Ứng Suất Dư Và Biến Dạng

Nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất dư khi phay nhôm và biến dạng khi phay nhôm là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng để đảm bảo độ chính xác và tuổi thọ của chi tiết. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc phân tích nguyên nhân gây ra ứng suất dư và biến dạng, từ đó đề xuất các giải pháp để giảm thiểu chúng. Các giải pháp có thể bao gồm việc điều chỉnh chế độ cắt khi phay nhôm, sử dụng các phương pháp gia công nguội và áp dụng các quy trình xử lý nhiệt sau gia công.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong nền công nghiệp chế tạo hiện đại, đặc biệt là các ngành hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô và thiết bị quang học chính xác, các kết cấu thành mỏng làm bằng hợp kim nhôm đóng vai trò then chốt. Việc ứng dụng chi tiết thành mỏng giúp giảm thiểu tới 95% trọng lượng của cụm chi tiết lắp ráp so với kết cấu đặc nguyên khối, đồng thời tiết kiệm 30% đến 40% chi phí nguyên vật liệu và quản lý kho vận. Tuy nhiên, các chi tiết có chiều dày thành từ 1 mm đến 5 mm thường sở hữu độ cứng vững kết cấu rất thấp. Trong quá trình gia công cơ khí, sự tác động liên tục của lực cắt và nhiệt cắt gây ra hiện tượng biến dạng đàn hồi tức thời và biến dạng dư sau gia công. Thực tế sản xuất cho thấy tỷ lệ sản phẩm vách mỏng bị loại bỏ do sai lệch hình học và vượt quá dung sai cho phép có thể lên tới 15% đến 25% nếu không có chế độ cắt phù hợp.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xác định quy luật ảnh hưởng của các thông số công nghệ chủ chốt bao gồm vận tốc cắt, lượng chạy dao răng, chiều sâu cắt và chiều rộng cắt tới lực cắt, độ biến dạng hình học và độ nhám bề mặt khi phay hợp kim nhôm A6061 thành mỏng. Từ các quy luật thực nghiệm, đề tài xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu nhằm đảm bảo độ nhám bề mặt gia công đạt chuẩn $R_a \le 0.8,\mu\text{m}$ và khống chế sai số độ dày thành dưới mức dung sai 0.05 mm. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên trung tâm gia công phay CNC hiện đại Mazak VC530 tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Kết quả của luận văn mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp cơ sở dữ liệu công nghệ chuẩn xác giúp các nhà máy cơ khí nâng cao năng suất cắt gọt thêm 20% và giảm thiểu chi phí phế phẩm một cách rõ rệt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của ba nền tảng lý thuyết cơ bản trong kỹ thuật cắt gọt kim loại:

• Lý thuyết biến dạng kim loại và hình thành phoi: Quá trình cắt kim loại thực chất là sự tương tác chêm cắt làm kim loại bị dồn nén, trải qua ba giai đoạn liên tiếp gồm biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy trượt theo các mặt trượt quy ước. Quá trình này biến đổi 97% đến 98% công cơ học thành nhiệt cắt, làm nhiệt độ cục bộ vùng cắt có thể đạt từ 600°C đến 900°C, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ số co rút phoi $K_L$, $K_a$ và hiện tượng biến cứng bề mặt.
• Lý thuyết ứng suất dư và biến dạng vách mỏng: Phân tích trạng thái cân bằng ứng suất khi bóc tách từng lớp vật liệu. Độ cứng vững của thành chi tiết suy giảm liên tục theo hành trình dao, làm thay đổi lực cắt đơn vị và gây ra hiện tượng uốn lệch đàn hồi ngoài ý muốn.
• Lý thuyết chất lượng bề mặt và tiêu chuẩn đánh giá: Đánh giá độ nhấp nhô tế vi thông qua sai lệch trung bình cộng biên dạng $R_a$ và chiều cao nhấp nhô mười điểm $R_z$ theo các quy chuẩn kỹ thuật TCVN 5120:2007 (tương đương ISO 4287:1999) và phân cấp độ nhám 14 cấp theo TCVN 2511-1995.
• Phương pháp tối ưu hóa Taguchi: Ứng dụng hàm tổn thất chất lượng và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (Signal-to-Noise Ratio - S/N) theo tiêu chí "càng nhỏ càng tốt" (Smaller-the-Better) nhằm tìm kiếm điểm làm việc tối ưu đồng thời cho cả độ nhám bề mặt và lượng biến dạng chi tiết.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô hình hóa giải tích và nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố, trong đó thực nghiệm giữ vai trò kiểm chứng quyết định:

• Thiết kế ma trận thực nghiệm: Áp dụng ma trận quy hoạch thực nghiệm Taguchi $L_9$ gồm 9 thí nghiệm đại diện với 4 thông số đầu vào ở 3 mức giá trị công nghệ khác nhau: vận tốc cắt ($V$), lượng chạy dao răng ($S_z$), chiều sâu cắt trục ($t$) và chiều rộng phay ($B$). Ma trận này giúp giảm 88% số lượng mẫu thí nghiệm so với phương pháp toàn phần (81 mẫu) mà vẫn đảm bảo độ tin cậy thống kê cao.
• Vật liệu và thiết bị thí nghiệm: Mẫu phôi được chế tạo từ hợp kim nhôm A6061 chuẩn có thành phần nhôm chiếm 95.15%, độ cứng 95 HB, giới hạn bền kéo 260 MPa, mô đun đàn hồi 68.9 GPa và nhiệt độ nóng chảy 585°C. Dụng cụ cắt là dao phay ngón hợp kim carbide nguyên khối của hãng YG-1. Quá trình gia công thực hiện trên trung tâm phay đứng CNC Mazak VC530C.
• Phương pháp đo đạc và phân tích: Sai lệch biến dạng kích thước thành mỏng được đo bằng đồng hồ so cơ khí chính xác có độ chia 0.001 mm (1 $\mu\text{m}$). Độ nhám bề mặt $R_a, R_z$ được thu thập bằng thiết bị đo đầu dò tiếp xúc phân tốc vi sai theo tiêu chuẩn quốc tế. Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phân tích phương sai ANOVA để xác định mức độ đóng góp phần trăm của từng yếu tố công nghệ. Toàn bộ chuỗi thực nghiệm được hoàn thành trong tháng 04 năm 2019.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu từ ma trận thực nghiệm và tỷ số S/N mang lại các phát hiện công nghệ nổi bật sau:

• Yếu tố chi phối biến dạng vách mỏng: Lượng chạy dao mỗi răng ($S_z$) và chiều rộng phay ($B$) là hai nhân tố có tác động mạnh nhất đến sự biến dạng của chi tiết thành mỏng, lần lượt chiếm tỷ lệ đóng góp khoảng 46.2% và 31.5% tổng phương sai ảnh hưởng. Khi tăng $S_z$ từ 0.03 mm/răng lên 0.09 mm/răng, lượng biến dạng của vách mỏng tăng đột biến tới 65% do lực cắt hướng kính tăng tỷ lệ thuận với diện tích lớp cắt tức thời.
• Yếu tố chi phối độ nhám bề mặt: Vận tốc cắt ($V$) đóng vai trò quyết định đến chất lượng bề mặt $R_a$, đóng góp hơn 52.8% vào sự biến thiên độ nhám. Tăng vận tốc cắt từ 120 m/phút lên 280 m/phút giúp giảm giá trị độ nhám bề mặt $R_a$ từ $1.42,\mu\text{m}$ xuống còn $0.68,\mu\text{m}$ (cải thiện 52.1% độ bóng bề mặt).
• Tương tác đa thông số: Tương tác giữa chiều sâu cắt ($t$) và chiều rộng cắt ($B$) cho thấy khi áp dụng phương pháp cắt nhiều lớp mỏng với $t \le 1.2,\text{mm}$, sai số kích thước thành mỏng giảm 38% so với phương pháp cắt một lần hết chiều sâu rãnh.
• Bộ thông số tối ưu toàn cục: Tổ hợp chế độ cắt hợp lý nhất được xác định là vận tốc cắt $V = 280,\text{m/phút}$, lượng chạy dao răng $S_z = 0.035,\text{mm/răng}$, chiều sâu cắt $t = 1.0,\text{mm}$ và chiều rộng cắt $B = 0.5,\text{mm}$, mang lại độ biến dạng cực tiểu chỉ 0.024 mm và độ nhám bề mặt đạt $R_a = 0.62,\mu\text{m}$.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm có thể được làm sáng tỏ thông qua cơ chế vật lý của quá trình cắt gọt hợp kim nhôm A6061. Ở dải vận tốc cắt thấp ($V < 120,\text{m/phút}$), nhiệt độ vùng cắt chưa đủ cao kết hợp với tính dẻo lớn của nhôm A6061 kích thích mạnh mẽ sự hình thành lẹo dao (Built-Up Edge - BUE) trên mặt trước dụng cụ. Lẹo dao liên tục vỡ vụn và cuốn theo phoi, cào xước bề mặt chi tiết và làm tăng ma sát, khiến lực cắt biến thiên mạnh gây rung động cơ học. Khi đẩy vận tốc cắt lên trên 250 m/phút, góc trượt $\Phi$ trong vùng tạo phoi tăng lên, miền tạo phoi co hẹp lại, lẹo dao bị triệt tiêu hoàn toàn, giúp lớp bề mặt sau gia công nhẵn bóng và đồng đều.

Về mặt biến dạng kích thước, vách mỏng nhôm A6061 có chiều dày chỉ từ 1 mm đến 1.5 mm chịu tác động đồng thời của lực uốn do dao tỳ ép và sự giải phóng ứng suất dư nhiệt. Khi lượng chạy dao lớn, bề dày cắt $a = S_z \sin\psi$ tăng làm đỉnh tải lực cắt hướng tâm đẩy vách mỏng cong ra xa tâm dao. Dữ liệu thực nghiệm biểu diễn qua các biểu đồ đáp ứng tín hiệu S/N và bề mặt phản ứng 3D chỉ ra rằng việc duy trì lượng chạy dao răng ở mức nhỏ ($S_z \le 0.04,\text{mm/răng}$) là điều kiện tiên quyết để khống chế độ võng vách mỏng. So sánh với các công bố quốc tế của Budak (2006) hay Izamshah (2012), kết quả nghiên cứu hoàn toàn tương thích về mặt quy luật động học, đồng thời cung cấp chính xác dải số liệu phù hợp với trang thiết bị gia công CNC tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận rút ra từ nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật ứng dụng trực tiếp vào sản xuất cơ khí:

• Chuẩn hóa bộ thông số cắt trên hệ thống CAM: Cài đặt chế độ cắt gia công tinh chi tiết hợp kim nhôm A6061 thành mỏng với vận tốc cắt $V_c = 250 - 300,\text{m/phút}$, tốc độ quay trục chính $n = 6000 - 8000,\text{vòng/phút}$, lượng chạy dao răng $f_z = 0.03 - 0.045,\text{mm/răng}$, chiều sâu cắt lớp $a_p \le 1.0,\text{mm}$. Mục tiêu duy trì dung sai chiều dày thành dưới $\pm 0.03,\text{mm}$ và độ nhám $R_a \le 0.8,\mu\text{m}$. Thời gian áp dụng: Triển khai ngay trong quy trình lập trình gia công hàng loạt. Chủ thể thực hiện: Kỹ sư lập trình CAM và công nghệ gia công.
• Chuyển đổi chiến lược đường chạy dao: Thay thế phương pháp chạy dao song song một chiều truyền thống bằng chiến lược phay vòng nhiều lớp (Waterline-step) hoặc phay xoắn ốc liên tục (Trochoidal/Spiral milling). Giải pháp này giúp giữ tải dao không đổi, giảm 35% áp lực cắt đột ngột lên vách mỏng. Thời gian áp dụng: Chu kỳ quý 2/2026. Chủ thể thực hiện: Trưởng nhóm công nghệ và lập trình viên CNC.
• Cải tiến hệ thống đồ gá kẹp và trợ lực chống rung: Thiết kế các bộ gá chuyên dụng có đệm hấp thụ rung động bằng vật liệu đàn hồi hoặc sử dụng đồ gá hút chân không phân bố đều lực kẹp. Tránh hiện tượng kẹp cục bộ gây biến dạng phôi trước khi gia công, hạn chế rung động tự kích lên tới 40%. Thời gian áp dụng: Hoàn thiện chế tạo đồ gá trong vòng 6 tháng. Chủ thể thực hiện: Phòng thiết kế cơ khí và phân xưởng khuôn mẫu.
• Ứng dụng kỹ thuật bôi trơn làm nguội áp suất cao: Nâng cấp vòi phun dung dịch tưới nguội nhũ tương với áp suất tối thiểu 15 - 20 bar hướng trực tiếp vào vùng tiếp xúc cắt nhằm thoát phoi nhanh chóng, ngăn ngừa hiện tượng phoi nhôm dính bám vào lưỡi cắt và triệt tiêu nhiệt cắt dư thừa dưới 150°C. Chủ thể thực hiện: Trưởng bộ phận bảo trì và công nhân vận hành máy CNC.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư công nghệ chế tạo máy và lập trình viên CNC: Khai thác bộ thông số thực nghiệm đã được kiểm chứng để thiết lập nhanh chế độ cắt tối ưu trong các phần mềm CAM (như Mastercam, NX, PowerMill), rút ngắn thời gian thử nghiệm mẫu từ 3 ngày xuống còn 2 giờ.
• Doanh nghiệp sản xuất linh kiện phụ tùng ô tô và hàng không: Áp dụng quy trình công nghệ chuẩn để gia công các chi tiết vách mỏng phức tạp (như vỏ hộp giảm tốc, khung sườn máy bay, bộ tản nhiệt), giảm tỷ lệ phế phẩm do sai lệch kích thước từ 18% xuống dưới 3%.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Cơ khí: Sử dụng tài liệu như một tài liệu tham khảo tiêu chuẩn về phương pháp thiết kế quy hoạch thực nghiệm Taguchi, phân tích phương sai ANOVA và cơ học cắt gọt vật liệu dẻo.
• Chuyên gia nghiên cứu và phát triển dụng cụ cắt: Nắm bắt cơ chế mài mòn và tương tác lực - nhiệt khi phay nhôm A6061 để tối ưu hóa hình học lưỡi cắt, góc xoắn dao phay và lớp phủ chống dính chuyên dụng.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao các chi tiết hợp kim nhôm thành mỏng rất dễ bị sai lệch kích thước khi phay?

Các chi tiết vách mỏng có độ dày từ 1 mm đến 5 mm sở hữu độ cứng vững uốn rất thấp. Dưới tác dụng của lực cắt tiếp tuyến và lực ép hướng tâm, thành chi tiết bị uốn đàn hồi ra xa dụng cụ cắt trong quá trình phay. Sau khi dao đi qua, vật liệu đàn hồi trở lại làm kích thước thực tế bị lệch từ 0.08 mm đến 0.25 mm so với bản vẽ thiết kế.

Yếu tố công nghệ nào ảnh hưởng lớn nhất đến độ nhám bề mặt khi phay hợp kim nhôm A6061?

Vận tốc cắt ($V$) là yếu tố chi phối lớn nhất, đóng góp hơn 50% vào chất lượng bề mặt. Khi tăng vận tốc cắt lên dải 250 - 300 m/phút, hiện tượng lẹo dao bị triệt tiêu hoàn toàn, giảm ma sát trượt và giúp độ nhám bề mặt cải thiện rõ rệt, đạt giá trị $R_a$ từ $0.62,\mu\text{m}$ đến $0.75,\mu\text{m}$ (tương đương cấp độ nhám 7-8).

Phương pháp Taguchi L9 mang lại ưu thế gì trong nghiên cứu gia công cơ khí?

Ma trận Taguchi L9 cho phép khảo sát toàn diện 4 thông số công nghệ độc lập ở 3 mức biến thiên chỉ với 9 lần chạy thực nghiệm thay vì 81 lần theo phương pháp ma trận toàn phần. Phương pháp này giúp tiết kiệm 88% chi phí phôi mẫu và thời gian gia công mà vẫn đảm bảo độ chính xác phân tích phương sai đạt trên 95%.

Hiện tượng lẹo dao (BUE) ảnh hưởng như thế nào đến quá trình phay nhôm?

Do nhôm A6061 có nhiệt độ nóng chảy thấp (585°C) và độ dẻo cao, kim loại bị biến dạng dẻo cực hạn sẽ hàn dính vào mũi dao ở tốc độ cắt thấp. Lớp lẹo dao này làm thay đổi góc cắt hình học, làm tăng lực cắt thêm 30% đến 45%, gây rung động và để lại các vết xước thô ráp trên bề mặt chi tiết.

Làm thế nào để kiểm soát biến dạng của vách mỏng nhôm có chiều dày dưới 1.5 mm?

Cần áp dụng chiến lược phay phân lớp đồng mức (Waterline-step) với chiều sâu cắt mỗi pass $t \le 1.0,\text{mm}$, khống chế lượng chạy dao răng $S_z \le 0.04,\text{mm/răng}$ và sử dụng dung dịch tưới nguội áp suất cao kết hợp đồ gá đệm giảm chấn để duy trì độ lệch kích thước dưới 0.03 mm.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý thuyết về động học cắt gọt, cơ chế hình thành phoi và bản chất của hiện tượng biến dạng đàn hồi khi phay chi tiết hợp kim nhôm A6061 dạng thành mỏng.
• Ứng dụng thành công phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi L9 trên máy phay CNC Mazak VC530, giảm thiểu đáng kể số lượng thí nghiệm mà vẫn xác định chính xác mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ.
• Xác định rõ quy luật: Lượng chạy dao răng ($S_z$) và chiều rộng phay ($B$) chi phối 77.7% lượng biến dạng thành mỏng, trong khi vận tốc cắt ($V$) quyết định 52.8% độ nhám bề mặt $R_a$.
• Xác lập được bộ thông số công nghệ tối ưu ($V = 280,\text{m/phút}, S_z = 0.035,\text{mm/răng}, t = 1.0,\text{mm}, B = 0.5,\text{mm}$) giúp kiểm soát sai lệch kích thước dưới 0.024 mm và đạt độ nhám $R_a = 0.62,\mu\text{m}$.
• Định hướng các bước nghiên cứu tiếp theo giai đoạn 2026-2030 tập trung vào mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM 3D) dự đoán ứng suất dư nhiệt và tích hợp công nghệ bôi trơn vi lượng MQL hạt nano để nâng cao hiệu suất gia công xanh.

Các kỹ sư công nghệ và doanh nghiệp chế tạo máy quan tâm có thể tra cứu toàn văn luận văn và hệ thống bảng dữ liệu thực nghiệm chi tiết tại Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên để áp dụng trực tiếp vào quy trình sản xuất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHAY CHI TIẾT HỢP KIM NHÔM THÀNH MỎNG 1. Tổng quan hợp kim nhôm và các chi tiết dạng thành mỏng 1.1 Giới thiệu về hợp kim nhôm Ngày nay nhôm là kim loại rất quan trọng trong đời sống của con người, nhưng về mặt lịch sử nhôm thuộc loại nguyên tố “trẻ”. Nhôm được tìm ra năm 1808, công lao ấy thuộc về Dauy.

Nhờ các phản ứng hóa học ông đã tách được nguyên tố kim loại nhẹ có màu sáng gọi là Alumin. Bắt đầu từ những năm 30 của thế kỷ 19 người ta đã sản xuất nhôm trên quy mô công nghiệp bằng phương pháp khoa học, tuy nhiên sản lượng hàng năm rất nhỏ. Từ năm 1854 đến 1890 toàn thế giới sản xuất được khoảng 200 tấn nhôm, vào năm 1890 nhôm được sản xuất bằng phương pháp điện phân dung dịch ôxít nhôm (Al2O3) nóng chảy trong Criolit (Na3AlF6). Chỉ trong vòng chín năm từ năm 1890 đến 1899 thế giới sản xuất được 2800 tấn nhôm.

Riêng năm 1930 sản lượng đạt tới 270.000 tấn, năm 1968 sản lượng nhôm là 8.200 tấn, từ năm 1960 hàng năm sản lượng tăng 15%, những năm gần đây chỉ tăng 5%/năm. Ngày nay khi nhịp độ sản xuất tăng lên mạnh hơn, vị trí của vật liệu kim loại này được đưa lên hàng thứ hai sau thép. Hợp kim nhôm đầu tiên ra đời vào năm 1906, đó là hợp kim do Alfred Weinmer tìm ra, hiện nay được phát triển thành các Đura (hợp kim nhôm biến dạng điển hình được dùng trong kỹ thuật hàng không) trên cơ sở Al-CuMg (có 95% Al, 4% Cu và 1% Mg) đang được sử dụng rộng rãi. Sản lượng và nhu cầu ứng dụng nhôm so với các kim loại kết cấu khác tăng lên không ngừng.

Những ưu điểm chính của nhôm là trọng lượng riêng nhỏ, độ dẫn điện dẫn nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn trong nhiều môi trường khá tốt. Độ bền riêng của hợp kim nhôm khoảng 16,5 trong khi đó của thép là 15,4. Vì vậy khi ứng dụng hợp kim nhôm làm vật liệu kết cấu và khuôn mẫu nó tỏ ra có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 13 những ưu điểm lớn, về mặt trữ lượng nhôm nhiều hơn sắt, theo tính toán nhôm chiếm khoảng 8,8% còn sắt chỉ chiếm 5,1% trọng lượng vỏ trái đất. Nhôm là nguyên tố có dạng mạng tinh thể lập phương tâm mặt, có màu sáng bạc, và có những đặc điểm sau : - Khối lượng riêng nhỏ (2,8 g/cm3 ) chỉ khoảng 1/3 so với thép.

Do vậy làm giảm khối lượng kết cấu, chi tiết, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không, vận tải…. - Có tính chống mòn nhất định trong khí quyển do luôn có lớp màng ôxít (Al2O3) phủ trên lớp bề mặt có tính bảo vệ cao. - Có tính dẫn điện cao: tính dẫn điện kém hơn vàng, bạc, đồng Phân loại và kí hiệu của hợp kim nhôm Ký hiệu: Để ký hiệu các hợp kim nhôm người ta thường dùng hệ thống đánh số theo AA (Aluminum Association) của Hoa kỳ bằng xxxx cho loại biến dạng và xxx.x cho loại đúc, trong đó: - Số đầu tiên có các ý nghĩa sau. Loại biến dạng: 1xxx - nhôm sạch (≥ 99,0%) 2xxx - Al - Cu, Al - Cu – Mg 3xxx - Al – Mn 4xxx - Al – Si 5xxx - Al – Mg 6xxx - Al - Mg – Si 7xxx - Al - Zn – Mg, Al - Zn - Mg – Cu 8xxx - Al - các nguyên tố khác Loại đúc: 1xx.x - nhôm thỏi sạch thương phẩm, 2xx.x - Al – Cu 3xx.x - Al - Si - Mg, Al - Si – Cu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.x - Al – Si 5xx.x - Al – Mg 6xx.x - Al – Zn 8xx.

Ba số tiếp theo được tra theo bảng trong các tiêu chuẩn cụ thể. Để ký hiệu trạng thái gia công và hóa bền, các nước phương Tây thường dùng các ký hiệu sau. F: trạng thái phôi thô, O: ủ và kết tinh lại, H: hóa bền bằng biến dạng nguội, trong đó H1x (x từ 1 đến 9): thuần túy biến dạng nguội với mức độ khác nhau, H2x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ủ hồi phục, H3x (x từ 2 đến 9): biến dạng nguội rồi ổn định hóa, T: hóa bền bằng tôi + hóa già, trong đó T1: biến dạng nóng, tôi, hóa già tự nhiên, T3: tôi, biến dạng nguội, hóa già tự nhiên, T4: tôi, hóa già tự nhiên (giống đoạn đầu và cuối của T3), T5: biến dạng nóng, tôi, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T1), T6: tôi, hóa già nhân tạo (đoạn đầu giống T4), T7: tôi, quá hóa già, T8: tôi, biến dạng nguội, hóa già nhân tạo (hai đoạn đầu giống T3), T9: tôi, hóa già nhân tạo, biến dạng nguội (hai đoạn đầu giống T6). TCVN 1659-75 có quy định cách ký hiệu hợp kim nhôm được bắt đầu bằng Al và tiếp theo lần lượt từng ký hiệu hóa học của nguyên tố hợp kim cùng chỉ số % của nó, nếu là hợp kim đúc sau cùng có chữ Đ.

Ví dụ AlCu4Mg là hợp kim nhôm chứa ~4%Cu, ~1%Mg. Với nhôm sạch bằng Al và số chỉ phần trăm của nó, ví dụ Al99, Al99,5. Đặc điểm hình học của các chi tiết thành mỏng Các chi tiết dạng thành mỏng thường được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp bao gồm các lĩnh vực oto hàng không và máy chính xác. Nói chung, các chi tiết có độ dày trong khoảng từ 1 đến 5 mm được coi là chi tiết dạng thành mỏng (như hình 1.

Đặc biệt các chi tiết thành mỏng bằng hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 15 kim nhôm được sử dụng phổ biến trong ngành hàng không vì nó có nhiều ưu điểm, như: - Khối lượng của chi tiết dạng thành mỏng giảm đáng kể so với chi tết đặc mà vẫn đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác cũng như đảm bảo khả năng chịu lực [1]. Sử dụng các chi tiết thành mỏng có thể loại bỏ tới 95% trọng lượng của khối chi tiết lắp ráp ban đầu [2]. - Sử dụng chi tiết dạng thành mỏng có thể giảm giá thành sản xuất nhờ việc giảm khối lượng lắp ráp, giảm vật liệu, giảm chi phí quản lý, giảm chi phí lưu kho. - Sử dụng chi tiết thành mỏng có thể tăng được độ chính xác tổng hợp của sản phẩm [1].

1 Chi tiết có dạng thành mỏng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Tổng quan về quá trình phay và quá trình hình thành phoi 1. Giới thiệu về quá trình phay Phay là một phương pháp gia công cắt đi một lớp kim loại (hay còn gọi là lượng dư gia công để tạo thành phoi) trên bề mặt của phôi để được chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy phay.

Phay là phương pháp gia công kim loại, có độ chính xác không cao hơn cấp 3-4 và độ bóng không hơn cấp 6, là một trong những phương pháp gia công đạt năng suất cao nhất. Bằng phương pháp phay người ta có thể gia công mặt phẳng, định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng… Phay có thể dùng để gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ bóng, độ chính xác cao, dễ cơ khí hoá, tự động hoá, cho năng suất cao, dùng trong sản xuất đơn chiếc, sản xuất hàng loạt và hàng khối. Số lượng nguyên công gia công cắt gọt đạt tới 60% - 70% công việc gia công cơ khí thì nguyên công phay cũng chiếm một tỷ lệ lớn. Máy phay có số lượng nhiều, chiếm tỷ lệ lớn và giữ một vị trí quan trọng trong các Nhà máy, Phân xưởng cơ khí.

Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi, trong quá trình cắt ngoài những đặc điểm giống quá trình cắt khi tiện, còn có những đặc điểm sau: - Dao phay có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt, nên năng suất cắt khi phay cao hơn khi bào. - Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. - Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động trong quá trình cắt. - Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.2 Quá trình cắt khi phay Quá trình cắt kim loại thực chất là sử dụng dụng cụ hình chêm để hớt đi một lớp kim loại từ phôi. Lực tác dụng sinh ra do sự tương tác giữa dụng cụ cắt và phôi, đối với phương pháp phay thì sự tương tác đó là chuyển động quay của dao phay và sự cản trở lại chuyển động quay của phôi. Như vậy, lực tác dụng phải đủ lớn để tạo ra trong kim loại bị cắt một ứng suất lớn hơn sức bền của vật liệu gia công (khả năng liên kết giữa các tinh thể kim loại), đồng thời phải thắng được lực cản do ma sát trong quá trình gia công bao gồm: - Ma sát giữa các tinh thể kim loại khi trượt lên nhau; - Ma sát giữa phoi và mặt trước của dao trong quá trình tạo phoi; - Ma sát giữa bề mặt đã gia công với mặt sau của dao. Quá trình hình thành phoi đã được nhiều tác giả như: Trent, Wright [4], Zorev N.N và các đồng nghiệp [5], Doyle E.D [6], nghiên cứu với nhiều cách tiếp cận khác nhau.

Tất cả các nghiên cứu đó đều kết luận rằng khi chịu tác dụng của lực, kim loại bị biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo rồi biến dạng phá huỷ. 2 Quá trình hình thành phoi [5] Khi quá trình cắt xảy ra, trước tiên là các tinh thể kim loại bị dồn ép (nén), khi lực tác dụng vượt quá giới hạn bền của vật liệu thì các tinh thể kim loại bị trượt lên nhau và tách ra khỏi vật gia công tạo thành phoi. Quá trình biến dạng đó xảy ra trong một vùng mà ta có thể gọi là vùng tạo phoi (giới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 18 hạn bởi đường cong OA, OE, hình 1. Trong vùng này có những mặt trượt OA, OB, OC, OD, OE.

Vật liệu gia công trượt theo những mặt đó, các tinh thể kim loại bị xếp chồng lên nhau. Tuỳ theo cấu trúc của vật liệu gia công, chế độ cắt mà có thể tạo ra phoi vụn, phoi xếp hay phoi dây.